Косинусная коррекция, LUX и светоизмерительные приборы
Введение
Косинусная коррекция — термин, часто встречающийся при работе с осветителями, однако он может вводить в некоторое заблуждение как по своему значению, так и по связи с осветителями. В данной статье мы стремимся пролить свет на эту концепцию, рассмотрев следующие ключевые аспекты:
- Что такое косинусная коррекция?
- Как это связано со счетчиками света?
- Почему косинусная коррекция необходима в области освещения?
Рис. 1 — Измеритель освещенности
Что такое косинусная коррекция?
Косинусная коррекция — это математическая модель, предсказывающая интенсивность света при различных углах падения. Он тесно связан с LUX — метрикой, используемой для количественной оценки количества света, освещающего поверхности.
Измерители освещенности играют важную роль в различных системах освещения, например, в библиотеках, где измеряется LUX для определения оптимального количества светильников, необходимых для создания адекватной и комфортной среды для чтения.
Модель косинусной коррекции обеспечивает точность измерений LUX, производимых светоизмерительными приборами, и отражает реальные условия освещения.
Рис. 3 — Измерение LUX с помощью светодальномера
О компании LUX
LUX означает световой поток и представляет собой количество света, освещающего стандартную площадь в один квадратный метр. Количество света измеряется в люменах, поэтому метрика LUX будет выражаться в люменах/м². LUX обычно измеряется с рабочей плоскости или поверхности, например, стола (рис. 3).
Существуют нормы LUX для общественных мест, разработанные светотехническими организациями (см. рис. 3а). Светодизайнеры и архитекторы используют измерители освещенности для определения LUX в соответствии с этими стандартами.
Рис. 3а — Стандарты LUX для общественных мест
Рис. 2 — Фото Robert Wiesenhütter на Unsplash
Косинусная коррекция и свет:
Основа модели косинусной коррекции восходит к закону косинуса Иоганна Генриха Ламберта, сформулированному в 1760 году. Этот закон объясняет, как уменьшается интенсивность света на поверхности при увеличении угла падения. Проще говоря, источник света, расположенный непосредственно над поверхностью, будет давать более интенсивный свет по сравнению с источником, светящим под углом.
Рис. 4 — Иоганн Генрих Ламберт
Ламберт вывел формулу, связывающую интенсивность света под углом с полной интенсивностью света при прямом падении:
I_angle = I_zero * cos(θ)
- I_zero представляет собой полную силу света под углом 0° (прямо над головой).
- Cos(θ) — это математическая функция, где θ представляет собой рассматриваемый угол.
- I_angle — результирующая сила света под указанным углом.
Cos(θ) — это функция, возвращающая значения от -1 до 1. Эта величина выступает в качестве множителя, помогающего предсказать интенсивность света под углом на основе оригинального закона косинуса Ламберта
Рис. 5 — Взаимосвязь между освещенностью и углом
Чтобы найти значение cos(θ), достаточно воспользоваться простым математическим калькулятором. Например, косинус 60° равен 0,5.
Рис. 6 — Взаимосвязь между освещенностью и углом
LUX определяется как интенсивность света, рассеиваемого на площади в один квадратный метр, при этом интенсивность света измеряется в люменах. Соответственно, LUX измеряется в люменах на квадратный метр (лм/м²).
Например, если при температуре 0 градусов свет регистрирует 200 лм/м², то каково будет его значение LUX при температуре 60 градусов?
I = I_zero * cos(θ) I = 200 * cos(60) I = 200 * 0,5 I = 100
Этот расчет показывает, что источник света с показателем LUX 200 лм/м² при освещении под углом 0 градусов уменьшится до 100 лм/м² при освещении под углом 60 градусов в соответствии с законом косинуса.
Более глубокое погружение в косинус:
Косинус — тригонометрическая функция в математике, особенно часто используемая при изучении треугольников, их сторон и углов. Подобно тому, как изменение одного угла треугольника влияет на всю его конфигурацию, изменение угла падения света приводит к пропорциональному изменению интенсивности света. Именно поэтому функция косинуса получила такое меткое название и играет ключевую роль в косинусной коррекции.
Рис. 7 — Тригонометрия — изучение треугольников
Рис. 8 — Тригонометрический косинус, используемый при работе с падением и интенсивностью света
Функция косинуса в математике показывает, что при изменении одного из углов в треугольнике весь треугольник изменяется пропорционально. Аналогично, в контексте косинусной коррекции, при изменении угла падения света пропорционально изменяется интенсивность света. Именно из-за этого соответствия принципам функции косинуса она и получила название «косинусная коррекция».
На нашей диаграмме (рис. 8) косинус определяется как отношение основания (B) к гипотенузе (C), представленный в виде косинусного множителя Cos(Ø).
Косинусная коррекция и светоизмерительные приборы:
Важно уточнить, что светоизмерительные приборы не используют непосредственно расчеты косинусной коррекции для определения LUX. В сложных условиях, таких как публичная библиотека, практически невозможно измерить весь входящий свет под разными углами и применить косинусоидальную коррекцию к каждому источнику.
Вместо этого в светодальномерах используется «рассеиватель», часто называемый «косинусным рассеивателем». Этот прибор тщательно разработан для приближения к результатам, предсказываемым моделью косинусной коррекции. Рассеиватель можно определить на светодальномере как непрозрачный белый круг. Его функция — собирать и равномерно рассеивать свет, чтобы внутренние компоненты измерительного прибора могли точно определить значения LUX.
Конструкция диффузора представляет собой высокоточный и сложный процесс, требующий тщательного тестирования и калибровки для обеспечения соответствия принципам косинусной коррекции.
Рис. 11 — Диффузор спектрометра
Рис. 9 — Конструкция косинусного диффузора UPRtek
Рис. 10 — Диффузор спектрометра
Проверка измерителей освещенности:
Такие компании, как UPRtek, используют испытательное оборудование для проверки конструкции диффузора на соответствие модели косинусной коррекции. При этом свет падает прямо сверху, и спектрометр снимает показания, определяя базовую интенсивность, или LUX, равную 100%. Затем оборудование переставляется на угол 60 градусов, производится еще одно измерение, и новое показание LUX должно соответствовать прогнозам модели косинусной коррекции.
Рис. 12 — Полнофункциональный спектрометр MK350S Premium, включая медицинские показатели.
Рис. 13 — График косинусной коррекции — Чтобы найти идеальное изменение интенсивности света, падающего под углом 60 градусов, проведите линию (оранжевую) от отметки 60 градусов до красного круга, затем пройдите по кривой до основания — идеальное уменьшение интенсивности света составляет 50% от исходной интенсивности. Синий кружок показывает, насколько близко светодальномер находится к идеалу.
После тщательного тестирования строится диаграмма косинусной коррекции, иллюстрирующая, насколько точно светомер соответствует прогнозам закона косинуса для LUX. График демонстрирует точность измерителя, диффузора и рецептора.
Важно отметить, что добиться 100-процентного совпадения с числами закона косинуса очень сложно, но чем ближе соответствие, тем точнее расчеты LUX светодальномера.
Значение косинусной коррекции:
Модель косинусной коррекции позволяет получить ценные сведения о том, как изменяется интенсивность света при изменении угла падения. Это понимание имеет решающее значение для измерений LUX с помощью измерителей освещенности, поскольку оно позволяет правильно расположить лампы, лампочки и светильники для достижения равномерного распределения света по поверхности. Этот аспект является основополагающим при проектировании освещения таких помещений, как библиотеки, музеи и офисы.
Для точного расчета LUX светоизмерительные приборы оснащаются рассеивателями, и эти расчеты должны проходить тщательное тестирование для подтверждения их соответствия модели косинусной коррекции.
В заключение следует отметить, что косинусная коррекция, хотя и вызывает первоначальное недоумение, играет ключевую роль в обеспечении точности измерений LUX. Цель данной статьи — раскрыть эту концепцию и подчеркнуть ее важнейшее значение в области светотехнических измерений и проектирования.
Рис. 14 — Фото: cottonbro studio (pexels)
Посетите нашу страницу Ручные спектрометры с LUX, диаграммой косинусной коррекции и другими спектральными функциями — MK350S Premium, MK350N Premium и MK350D Compact (здесь).
серия справочников
Руководство по мерцанию
Все, что вам нужно знать о мерцании, коварном и потенциально серьезном световом артефакте, влияющем на визуальную безопасность в общественных местах, таких как больницы, офисы, библиотеки и т. д.
О УПОТЭКе
United Power Research and Technology
Компания UPRtek (основана в 2010 г.) является производителем портативных, высокоточных приборов для измерения освещенности; портативные спектрометры, PAR-метры, спектрорадиометры, решения для калибровки света. Штаб-квартира UPRtek, исследования и разработки, а также производство находятся на Тайване, а представительство по всему миру обеспечивается нашими сертифицированными Глобальные реселлеры.
Объявления
Что такое спектрометр, спектрофотометр, спектрорадиометр?
В сфере спектральных приборов выделяют три устройства: спектрометр, спектрофотометр и спектрорадиометр.
Однако эти термины настолько часто используются, что мы понимаем, почему это может сбивать с толку. Поэтому мы посчитали себя обязанными разъяснить их различия в одной короткой статье. Различайте эти термины как профессионал!
Категория
